板式換熱器的對數平均溫差(LMTD)是衡量冷熱流體傳熱驅動力的關鍵參數,直接影響艾克森板式換熱器換熱面積的計算。它的計算需根據流體的流向和進出口溫度確定,公式設計兼顧了不同溫度分布下的平均驅動力,是比算術平均溫差更精準的。
對數平均溫差的基本計算公式為:LMTD=(Δt-Δt)/ln(Δt/Δt),其中Δt為換熱器一端的溫差,熱流體進口溫度-冷流體進口溫度,順流時;或熱流體進口溫度-冷流體出口溫度,逆流時,Δt為另一端的溫差,熱流體出口溫度-冷流體出口溫度,順流時;或熱流體出口溫度-冷流體進口溫度,逆流時,ln為自然對數。當Δt/Δt≤2時,可用算術平均溫差((Δt+Δt)/2)近似,誤差≤5%,但精確計算仍需采用對數公式。
順流工況下,Δt=T-t,Δt=T-t,T、T為熱流體進出口溫度,t、t為冷流體進出口溫度。例如,熱流體從90℃冷卻至50℃,冷流體從20℃加熱至40℃,則Δt=90-20=70℃,Δt=50-40=10℃,LMTD=(70-10)/ln(70/10)=60/1.9459≈30.8℃。順流時溫差變化較大,末端溫差較小,傳熱效率相對較低。
逆流工況下,冷熱流體反向流動,Δt=T-t,Δt=T-t。以上述溫度為例,Δt=90-40=50℃,Δt=50-20=30℃,LMTD=(50-30)/ln(50/30)=20/0.5108≈39.2℃。逆流時溫差分布更均勻,平均溫差比順流高,因此相同換熱量下所需換熱面積更小,板式換熱器多采用逆流或錯流組合,以提高傳熱效率。
艾克森提示,計算時需注意如果Δt或Δt為0,說明達到熱平衡,無法傳熱;如果Δt與Δt相差過大,需檢查溫度數據是否合理,可能存在測量誤差。實際應用中,還需考慮修正系數(F),當換熱器為多流程組合或錯流時,用F乘以LMTD得到有效平均溫差,F值根據流程組合查圖表確定。
對數平均溫差的準確計算是艾克森板式換熱器設計的基礎,直接影響換熱面積和設備選型的合理性,在工程中需結合實際流向和流程結構,來確保計算結果精準可靠。
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